Як ваша імунна система використовує хаос для запобігання хвороб
Нове дослідження, яке з’являється в журналі Природні комунікації, виявляє новий механізм, який відіграє роль клітинної функції. Хаотичні коливання концентрацій білка допомагають підтримувати нашу імунну систему в готовності та функціонувати, запобігаючи хронічним захворюванням, таким як рак та діабет.
Сучасні дослідження виявили багато несправних механізмів, що діють при раку, проте науці залишається ще багато чого відкрити.
На клітинному рівні деякі з цих механізмів обертаються навколо того, що медичні експерти називають сигнальними шляхами. Сигнальні шляхи клітин регулюють ріст, виживання та проліферацію клітин.
При раку деякі сигнальні білки є гіперактивними, що призводить до росту та проліферації пухлинних клітин, тоді як інші - які зазвичай діють як супресори пухлини - не функціонують належним чином.
Отже, розуміння динаміки, яка відбувається у клітинах, є ключовим для профілактики та подолання раку та багатьох інших хронічних захворювань.
Нові дослідження, можливо, відкрили новий шлях у цьому відношенні, оскільки троє вчених відкрили новий механізм регуляції клітин: хаос.
Докторський дослідник Матіас Гельтберг та професор Могенс Хог Йенсен - обидва з Інституту Нільса Бора при Університеті Копенгагена в Данії, разом із Сандіпом Кришною з Національного центру біологічних наук у Бангалорі, Індія, взялися дослідити, як певний білок стимулює ген діяльність.
Вчені виявили, що хаотична динаміка - це відповідь. Білок, який вони вивчали, - Ядерний фактор κB (NF-kB).
NF-kB є ключовим фактором для підтримання імунної системи організму в готовності та функціональності. Тож отримані результати можуть допомогти запобігти не лише раку: діабет та хвороба Альцгеймера також можуть стати мішенню, якщо дослідники краще зрозуміють, як працює природний захист організму.
Хаос необхідний для імунної відповіді
NF-kB є фактором транскрипції, який є критично важливим як для “вроджених, так і для адаптивних імунних функцій”, а також він опосередковує запальні реакції. Як результат, його рівень в організмі коливається з часом, впливаючи на роботу генів і клітин.
Недавні дослідження показали, що передача сигналів NF-kB також відіграє вирішальну роль при раку, забезпечуючи зв'язок між розвитком раку та запаленням.
У поточному дослідженні професор Дженсен та його колеги використовували математичні розрахунки та лабораторні експерименти, щоб показати, що хаотичні підйоми та падіння концентрацій NF-kB активують гени, які в іншому випадку мовчали б.
Білок NF-kB повинен знаходитися в хаотичному стані, щоб активувати потрібні гени, що дозволяють отримати оптимальну імунну відповідь, показало дослідження.
До цього часу дослідники вважали, що всі живі організми уникали хаотичної динаміки. Але нове дослідження заперечує цю віру, оскільки дослідники показують, що хаотичні коливання концентрацій білка є критично важливими для активації ключових генів.
"Хаос - це математично чітко визначена динаміка, яка, наприклад, раніше використовувалась для пояснення великих змін в погодних системах", - пояснює професор Дженсен.
«З величезною складністю, яка характеризує живі істоти вищого порядку, очевидно, що хаотична динаміка відбуватиметься в різних типах систем. Але те, як хаос відіграє вирішальну роль у живих клітинах, є абсолютно новим ”, - додає дослідник.
Наслідки для діабету, раку, хвороби Альцгеймера
Дослідники також відзначають терапевтичні наслідки отриманих результатів. Нові ліки, вважає Гельтберг, співавтор дослідження, можуть "забезпечити належну функцію білка".
"Терапія може також передбачати виведення та тестування клітин з організму, щоб визначити, чи клітини перебувають у правильному стані, щоб мати правильні коливання", - продовжує Гельтберг.
"Якщо це не так, можливо, можна передбачити та виявити хвороби до того, як вони виникнуть".
Професор Дженсен погоджується:
"Результати можуть мати величезний вплив на наше розуміння того, як функціонує імунна система і як можна уникнути захворюваності на деякі найсерйозніші захворювання, включаючи діабет, рак та хворобу Альцгеймера".
Професор Могенс Хьо Йенсен
